JP2016054221A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、パワーカードと冷却部材の間にグリスが塗布された半導体装置に関し、パワーカードと冷却部材の間に粘度の高いグリスを採用しつつ、グリスの層の厚みを薄くするために半導体装置に加える荷重を抑える技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する半導体装置２は、パワーカード１０と絶縁板６（冷却部材）の間に粘度の異なる２種類のグリスが挟まれている。パワーカードと冷却部材の積層方向からみたときに半導体素子と重なる領域に第１グリス９ａが塗布されている。第１グリス９ａを囲むように第１グリスよりも粘度が低い第２グリス９ｂが塗布されている。粘度の高い第１グリス９ａが塗布されている領域を小さくすることで、グリスの厚みを薄くするのに要する荷重が抑えられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置に関する。特に、半導体素子を封止したパワーカードがグリスを挟んで冷却部材に接しているとともにパワーカードと冷却部材の積層方向に荷重が加えられている半導体装置に関する。

上記したタイプの半導体装置は、半導体素子に対する冷却性能が高く、例えば電気自動車の駆動系のインバータに用いられている。そのような半導体装置の一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１の半導体装置では、パワーカードと冷却器（冷却部材）がグリスを挟んで積層されている。パワーカードと冷却器は、いずれも平板型であり、幅広面の法線が水平方向を向く姿勢で保持されている。パワーカードと冷却器の間からグリスが垂れ落ちることを防止するために、パワーカードの表面の下方に、水平方向に伸びる突条が設けられている。なお、一般に、パワーカードと冷却部材の間からグリスが流出することを「グリスが抜ける」と表現することがある。本明細書でもそのような表現を用いる。

特開２０１４−０７５５３７号公報

パワーカードと冷却部材の間からグリスが抜ける原因は重力だけではない。グリスの層が薄いほど、パワーカードに対する冷却能力が高まる。それゆえ、パワーカードと冷却部材の積層体にはその積層方向に荷重が加えられ、グリスの層が薄く延ばされる。グリスの厚み（パワーカードと冷却部材の間の隙間幅）は、１００ミクロン以下であることが好ましい。隙間幅がミクロンオーダになると、半導体素子の発熱と冷却の繰り返し（熱サイクル）で生じるポンピングやブリードアウトと呼ばれる現象によりグリスが抜ける虞が生じる。

ポンピングとは、パワーカードの熱変形により、パワーカードと冷却部材の間の隙間幅が局所的に狭まったり元に戻ったりする現象である。隙間幅が狭まるとグリスがパワーカードと冷却部材の間の隙間から押し出され、隙間幅が元に戻る際にグリスは隙間に吸い込まれる。隙間幅が元に戻る際に一部のグリスはグリス塊から千切れて元の位置にもどりきれずに、その箇所に空気が入り込む。ブリードアウトは、グリス自体の熱膨張収縮によりパワーカードと冷却部材の隙間からグリスが抜ける現象である。膨張したグリスが収縮する際、一部のグリスがグリス塊から千切れて元の位置に戻り切れず、その箇所に空気が入り込む。空気はグリスよりも熱伝導係数が低い。また、ポンピングやブリードアウトは、発熱源である半導体素子の付近で特に顕著である。従って、熱サイクルが累積するうちにパワーカードと冷却部材の間に徐々に空気が拡がり、パワーカード（半導体素子）に対する冷却性能が低下する。

粘度の高いグリスを採用することで、ポンピングやブリードアウトによるグリス抜けを抑制することができる。粘度が高いグリスは千切れ難いからである。一方、粘度の高いグリスを採用すると、パワーカードと冷却部材の隙間幅を所定の値まで狭めるための荷重を高める必要がある。荷重を高くすると、隙間幅を所定の値まで狭めるのに要する時間（製造時間）が長くなる。また、荷重を高めるとパワーカードや冷却部材に高い負荷が加わる。本明細書は、パワーカードと冷却部材の間に粘度の高いグリスを採用しつつ、グリスの層の厚みを所定値まで狭めるために半導体装置に加える荷重を抑える技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置では、発熱する半導体素子から受ける熱量の大きい領域に粘度の高いグリスを塗布し、その回りを粘度の低いグリスで囲む。より具体的には、パワーカードと冷却部材の間であってそれらを積層方向からみたときに半導体素子と重なる領域に第１グリスを塗布し、その第１グリスを囲むように第２グリスを塗布する。第２グリスには、第１グリスよりも粘度の低いグリスを採用する。受熱量が大きく、ポンピングやブリードアウトが顕著に生じる領域には粘度の高いグリス（第１グリス）を採用することで、グリスが元の位置に戻る際に千切れ難くなる。即ち、グリスが抜け難くなる。積層方向からみたときに発熱源（半導体素子）から離れるほど熱サイクルの温度変化は小さくなり、グリスの移動量も小さくなる。それゆえ、グリスの粘度が低くてもポンピングやブリードアウトは生じ難い。そして、一部の領域だけに粘度の高いグリス（第１グリス）を用い、その周囲には粘度の低いグリス（第２グリス）を用いるので、パワーカードと冷却部材の隙間幅を所定の値まで狭めるのに要する荷重もそれほど大きくならない。

なお、パワーカードに複数の半導体素子が封止されている場合、それぞれの半導体素子に対して、積層方向で重なる領域に第１グリスを塗布しなくてもよい。複数の半導体素子のうち、発熱量の大きい一つの（あるいは幾つかの）半導体素子に対して、積層方向で重なる領域に第１グリスを塗布することも好適である。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の半導体装置の斜視図である。 パワーカードを裏面からみた斜視図である。 図１の座標系におけるＸＹ平面でカットした半導体装置の断面図である。 図１の座標系におけるＸＺ平面でカットした半導体装置の断面図である。 パワーカードの正面図である。 パワーカードの裏面図である。 第２実施例におけるパワーカードの正面図である。 第２実施例におけるパワーカードの裏面図である。 第３実施例におけるパワーカードの正面図である。 第４実施例におけるパワーカードの正面図である。 第４実施例の半導体装置の断面図である。 第５実施例におけるパワーカードの正面図である。 第５実施例の半導体装置の断面図である。

（第１実施例）図面を参照して実施例の半導体装置を説明する。図１は、第１実施例の半導体装置２の斜視図である。半導体装置２は、複数のパワーカード１０と複数の冷却器３が積層されたユニットである。なお、図１では、一つのパワーカードだけに符号１０を付し、他のパワーカードには符号を省略している。同様に一つの冷却器だけに符号３を付し、他の冷却器には符号を省略している。また、半導体装置２の全体が見えるように、半導体装置２を収容するケース３１は仮想線で描いてある。なお、パワーカード１０と絶縁板６の間、及び、絶縁板６と冷却器３の間にはグリスが塗布されているが、図１と図２ではグリスの図示は省略している。

一つのパワーカード１０には４個の半導体素子が収容されている。４個の半導体素子は、具体的には、２個のトランジスタＴａ、Ｔｂと、２個のダイオードＤａ、Ｄｂである。パワーカード１０の内部構造は後に詳しく説明する。冷却器３を通る冷媒により、半導体素子が冷却される。冷媒は液体であり、典型的には水である。

パワーカード１０と冷却器３は、共に平板型であり、複数の側面のうち最大面積の平坦面が対向するように積層されている。パワーカード１０と冷却器３は交互に積層されており、ユニットの積層方向の両端には冷却器が位置している。パワーカード１０と冷却器３の間には絶縁板６が挟まれている。各パワーカード１０は、その両面の夫々に、絶縁板６を挟んで冷却器３が対向している。

複数の冷却器３は、連結パイプ５ａ、５ｂで連結されている。積層方向の一端の冷却器３には、冷媒供給管４ａと冷媒排出管４ｂが連結されている。冷媒供給管４ａを通じて供給される冷媒は、連結パイプ５ａを通じて全ての冷却器３に分配される。冷媒は各冷却器３を通る間に隣接するパワーカード１０から熱を吸収する。各冷却器３を通った冷媒は連結パイプ５ｂを通り、冷媒排出管４ｂから排出される。

半導体装置２はケース３１に収容される際、積層方向の一端側に板バネ３２が挿入される。その板バネ３２により、パワーカード１０と絶縁板６と冷却器３の積層ユニットには、積層方向の両側から荷重が加えられる。その荷重は、例えば３［ｋＮ］である。後述するように絶縁板６とパワーカード１０の間にはグリスが塗布されるが、３［ｋＮ］という高い荷重は、グリスの層を薄く引き延ばし、パワーカード１０から冷却器３への伝熱効率を高める。パワーカード１０は、直接的には絶縁板６に熱を奪われる。それゆえ、絶縁板６は、冷却部材に相当する。半導体装置２は、半導体素子（２個のトランジスタＴａ、Ｔｂと２個のダイオードＤａ、Ｄｂ）を収容したパワーカード１０にグリスを挟んで絶縁板６（冷却部材）が接しているとともに、パワーカード１０と絶縁板６が密着するようにそれらの積層方向に荷重が加えられているデバイスである。

パワーカード１０を説明する。パワーカード１０において、絶縁板６と対向する一方の平坦面１０ａには、放熱板１６ａ、１６ｂが露出している。説明の便宜上、平坦面１０ａをパワーカード１０の正面と称する。パワーカード１０を裏面（Ｘ軸の負方向）からみた図を図２に示す。平坦面１０ａとは反対側の平坦面１０ｂには、別の放熱板１７が露出している。平坦面１０ｂにはグリスを挟んで別の絶縁板６が接しており、その絶縁板６にはグリスを挟んで別の冷却器３が接している。パワーカード１０は、両面の夫々がグリスを挟んで絶縁板６と接しており、各絶縁板６はグリスを挟んで冷却器３と接している。パワーカード１０の上面（図中Ｚ軸の正方向を向く面）からは３本の電極端子７ａ、７ｂ、７ｃが伸びており、下面（図中Ｚ軸方向の負方向を向く面）からは制御端子２９が伸びている。

ここからは、図１、図２とともに図３と図４を参照してパワーカード１０の内部構造を説明する。図３は、図１のパワーカード１０を図中の座標系のＸＹ面に平行な平面であってトランジスタＴａとＴｂを横切る平面でカットした断面図である。図４は、図１のパワーカード１０を図中の座標系のＸＺ面に平行な平面でカットした断面図であってトランジスタＴａとダイオードＤａを横切る平面でカットした断面図である。別言すれば、図４は、図３のIV−IV線に沿った断面図であり、図３は図４のIII−III線に沿った断面図である。

４個の半導体素子（トランジスタＴａ、Ｔｂ、ダイオードＤａ、Ｄｂ）は、樹脂製の筐体１３に封止されている。筐体１３は、射出成形により半導体素子を封止する。いずれの半導体素子も平坦なチップであり、その平坦面が筐体１３の平坦面（パワーカード１０の平坦面１０ａ、１０ｂ）と平行になるように配置されている。なお、以下では、パワーカード１０の平坦面１０ａ、１０ｂを筐体１３の平坦面１０ａ、１０ｂと称する場合がある。

トランジスタＴａ（Ｔｂ）のチップの一方の平坦面にはコレクタ電極が露出しており、他方の平坦面にはエミッタ電極が露出している。トランジスタＴａ（Ｔｂ）のゲートは、チップの一方の平坦面の端に設けられている。トランジスタＴａの一方の平坦面の電極はハンダ１５により放熱板１６ａの裏面に接合している。放熱板１６ａのおもて面は、筐体１３の表面に露出している。トランジスタＴａの他方の平坦面の電極は、ハンダ１５と導電部材（スペーサ１４）を介して放熱板１７の裏面に接合している。放熱板１７のおもて面は、筐体１３の表面に露出している。トランジスタＴａの他方の平坦面の端にはゲートが位置しており、そのゲートはワイヤを介して制御端子２９に接続されている。図４では、ワイヤは破線で描いてある。トランジスタＴｂも同様の構造を有している。

図４によく示されているように、放熱板１６ａは、電極端子７ａの一部である。筐体内部で放熱板１６ａの側縁から延設部が伸びており、その延設部は筐体１３の内部を通り、筐体１３の上面（図中の座標系のＺ軸正方向を向く面）から外部へ伸びている。即ち、トランジスタＴａの電極を外部の他のデバイスと接続するための電極端子７ａにおいて、筐体１３の平坦面１０ａに露出している部位が放熱板１６ａに相当する。電極端子７ａはトランジスタＴａの電極と接しているので、トランジスタＴａの内部の熱を伝えやすい。その電極端子７ａの一部が放熱板１６ａとして筐体１３から露出しているので、放熱板１６ａにはトランジスタＴａの内部の熱がよく伝わる。一方、冷却器３はアルミニウム（導電性の金属）で作られているので、放熱板１６ａと絶縁する必要がある。それゆえ、半導体装置２は、冷却器３と放熱板１６ａ（パワーカード１０）との間に絶縁板６を挟んでいる。絶縁板６は、薄くて絶縁性が高く、導電性も良いセラミックスで作られている。放熱板１６ａ（電極端子７ａ）は、導電性と伝熱性に優れた銅で作られている。スペーサ１４も、導電性と伝熱性に優れた銅で作られている。

ダイオードＤａ、Ｄｂも平坦なチップであり、一方の平坦面にアノード電極が露出しており、他方の平坦面にカソード電極が露出している。ダイオードＤａの一方の平坦面に露出している電極も、トランジスタＴａと同様に、ハンダ１５を介して放熱板１６ａの裏面に接続している。トランジスタＴａの他方の面の電極はハンダ１５とスペーサ１４を介して放熱板１７の裏面（筐体に対向する面）に接続している。ダイオードＤａの他方の面の電極も、ハンダ１５とスペーサ１４を介して放熱板１７の裏面に接続している。即ち、トランジスタＴａとダイオードＤａは、放熱板１６ａ（即ち電極端子７ａ）と放熱板１７の間で並列（逆並列）に接続されている。放熱板１７も、放熱板１６ａと同様に電極端子７ｃの一部である。

トランジスタＴｂとダイオードＤｂの組も、トランジスタＴａとダイオードＤａの組と同様の構造を有している。トランジスタＴａとダイオードＤｂの一方の面の電極はハンダ１５を介して放熱板１６ｂの裏面に接続されており、他方の面の電極はハンダ１５とスペーサ１４を介して放熱板１７の裏面に接続している。トランジスタＴａとダイオードＤｂも、筐体１３の内部で並列（逆並列）に接続されている。放熱板１６ｂも、放熱板１６ａと同様に、電極端子７ｂの一部である。

放熱板１６ａ、１６ｂは、平板型のパワーカード１０（筐体１３）の最大面積の一方の平坦面１０ａに露出しており、放熱板１７は、パワーカード１０（筐体１３）の最大面積の他方の平坦面１０ｂに露出している。図３、及び、図４によく示されているように、絶縁板６とパワーカード１０との間には２種類のグリス（第１グリス９ａと第２グリス９ｂ）が塗布されている。絶縁板６と冷却器３の間には、第２グリス９ｂが塗布されている。

グリスについて説明する。第１グリス９ａと第２グリス９ｂは粘度が異なる。第１グリスの粘度が第２グリスの粘度よりも高い。粘度の相違の効果は後述する。図５に、パワーカード１０の正面図を示し、図６に、パワーカード１０の裏面図を示す。図５は、パワーカード１０をＸ軸の正方向から見た図であり、図６は、パワーカード１０をＸ軸の負方向からみた図である。図５、図６では、絶縁板６を仮想線で表している。第１グリス９ａは、パワーカード１０と絶縁板６の積層方向（図中のＸ軸方向）からみたときに、トランジスタＴａと重なる領域と、トランジスタＴｂと重なる領域に塗布されている。なお、放熱板１６ａ（１６ｂ）は、積層方向からみたときにトランジスタＴａ（Ｔｂ）と重なるように位置しているので、第１グリス９ａが塗布された領域は積層方向からみたときに放熱板１６ａ（１６ｂ）とも重なる。また、裏面の放熱板１７も、積層方向からみたときにトランジスタＴａ、Ｔｂと重なるように位置しているので、第１グリス９ａは積層方向からみたときに放熱板１７とも重なる。また、第２グリス９ｂは、積層方向からみて第１グリス９ａを囲むように塗布されている。積層方向からみたときに第１グリス９ａが塗布された領域と第２グリス９ｂが塗布された領域は接している。別言すれば、積層方向からみたときに第１グリス９ａが塗布された領域と第２グリス９ｂが塗布された領域の間には空気が存在しない。

グリスの粘度の相違による効果を説明する。グリス９ａ、９ｂは、パワーカード１０（放熱板１６ａ、１６ｂ、１７）と絶縁板６の間の熱伝達率、及び、絶縁板６と冷却器３の間の熱伝達率を高めるために塗布されている。以下、放熱板１７と絶縁板６の間を例にとって説明する。伝熱効率の観点からは、グリスの層の厚みはできるだけ薄い方がよい。グリスの層の厚みは１００ミクロン以下が好ましい。一方、グリスの層の厚みが小さいと、トランジスタＴａ（Ｔｂ）の熱サイクル（発熱と冷却を繰り返すこと）の累積に伴い、ポンピングやブリードアウトといった現象によるグリス抜けが生じる。グリス抜けを抑制するには粘度の高いグリスを使うのがよい。グリスの塊が千切れ難いからである。しかし、グリスの粘度が高いと、グリスの層の厚みを所定の値まで薄くするのに高い荷重を積層方向に加える必要がある。高い荷重はパワーカード１０、絶縁板６、冷却器３に加わる負荷を大きくする。また、グリスの厚みを所定の値まで薄くするまでに、長い時間を要する。即ち、半導体装置２の製造時間が長くなる。そこで、実施例の半導体装置２では、積層方向からみたときにトランジスタＴａ、Ｔｂと重なる領域（即ち、放熱板１６ａ、１６ｂ、及び、１７の夫々においてトランジスタから受ける熱量の大きい領域）には粘度の高い第１グリス９ａを塗布し、その周囲には第１グリス９ａよりも粘度の低い第２グリス９ｂを塗布する。第１グリス９ａの領域と第２グリス９ｂの領域は接しており、両者の間に空気は入っていない。

ポンピングやブリードアウトの影響が大きい領域（半導体素子からの受熱量が大きい領域）には第１グリス９ａでポンピングやブリードアウトに対策する。また、積層方向からみてトランジスタＴａ、Ｔｂから離れるにつれて、放熱板１６ａ、１６ｂ、１７の単位面積当たりの受熱量が小さくなるので、そのような領域には第２グリス９ｂを塗布する。こうして、粘度の異なる２種類のグリスを用いることで、グリスの層全体の厚みを薄くするのに要する荷重を抑制する。なお、図５、図６に示すように、本実施例では、積層方向でダイオードＤａ、Ｄｂと重なる位置には第１グリス９ａではなく、第２グリス９ｂが塗布されている。これは、ダイオードＤａ、Ｄｂの発熱量がトランジスタＴａ、Ｔｂほどには大きくなく、粘度の低い第２グリス９ｂでもグリス抜けを起こし難いからである。

第１グリス９ａの粘度は、例えば、８００［Ｐａ・ｓ］であり、第２グリス９ｂの粘度は、例えば２００［Ｐａ・ｓ］である。なお、絶縁板６と冷却器３の間には、粘度の低い第２グリス９ｂが塗布されている。これは、絶縁板６と冷却器３の間は、放熱板１６ａ、１６ｂ、１７のトランジスタＴａ、Ｔｂと面する領域ほどには高温にならないからである。

（第２実施例）第２実施例の半導体装置を説明する。第２実施例の半導体装置は、グリスの態様が第１実施例とは異なるだけである。それゆえ、半導体装置全体の説明は省略する。図７に、第２実施例におけるパワーカード１０の正面図を示し、図８に、パワーカード１０の裏面図を示す。図５、図６と同様に、絶縁板６を仮想線で描いてある。

第２実施例の半導体装置では、パワーカード１０に封止されたトランジスタＴａ、Ｔｂのみならず、ダイオードＤａ、Ｄｂと対向する位置にも第１グリス９ａが塗布されている。即ち、パワーカード１０と絶縁板積層方向から見たときに、トランジスタＴａ、Ｔｂ、及び、ダイオードＤａ、Ｄｂの夫々と重なる領域に第１グリス９ａが塗布されており、各第１グリス９ａの領域を囲むように第２グリス９ｂが塗布されている。この実施例ではダイオードＤａ、Ｄｂの発熱量が第１実施例のダイオードよりも多く、グリス抜けの虞がある。それゆえ、本実施例では、ダイオードＤａ、Ｄｂと重なる領域にも第１グリス９ａを塗布し、グリス抜けを防止する。また、積層方向からみたときに、第１グリス９ａが塗布された全ての領域を合計した領域の図心と第２グリス９ｂが塗布された領域の図心は一致する。本実施例の場合、平坦面１０ａ、１０ｂの各面における第１グリスの領域と第２グリスの領域の各図心は、絶縁板６の矩形の中心Ｇに一致する。なお、図心とは、断面１次モーメントを全体の面積で除した値であり、直観的には図形の中心のことである。第１グリス９ａと第２グリス９ｂは粘度が異なるので、パワーカード１０と絶縁板６の積層体に対してその積層方向に荷重を加える場合、第１グリス９ａの領域と第２グリス９ｂの領域で反力の大きさが異なる。しかし、反力の中心は図心に一致するから、第１グリス９ａによる反力の位置と第２グリス９ｂによる反力の位置は同じ図心（図中で符号Ｇが示す位置）に一致する。従って、パワーカード１０と絶縁板６の積層体に荷重を加える際、第１グリス９ａの領域に均等に圧力を加えることができるとともに、第２グリス９ｂの領域にも均等に圧力を加えることができる。別言すれば、図心に対して荷重を加えることで、荷重中に筐体１３と絶縁板６の平行を容易に維持することができる。

なお、パワーカード１０に封止される半導体素子の位置は様々である。第１グリスの領域の図心と第２グリスの領域の図心が一致しない場合、図心が一致するように、第１グリスを塗布するダミー領域を設けてもよい。「ダミー領域」とは、半導体素子と対向しない領域であるが、第１グリスの領域の図心を第２グリスの領域の図心に一致させるために設ける第１グリスの領域である。

（第３実施例）第３実施例の半導体装置を説明する。第３実施例の半導体装置は、グリスの態様が第１実施例とは異なるだけであるので、装置全体の説明は省略する。図９に、第３実施例におけるパワーカード１０の正面図を示す。図５と同様に、絶縁板６を仮想線で描いてある。

先に説明した第２実施例では、放熱板１６ａの上に２つの第１グリス９ａの領域が形成され、一方の領域がトランジスタＴａと重なっており、他方の領域がダイオードＤａに重なっていた。第３実施例では、一つの第１グリスの領域が、トランジスタＴａとダイオードＤｂの双方と重なる。別言すれば、第１グリス９ａは、放熱板１６ａ（１６ｂ）に塗布され、第２グリス９ｂは、放熱板１６ａ（１６ｂ）の外形に沿って、第１グリス９ａの領域を囲む。この態様は、積層方向からみたときに金属製の放熱板１６ａ（１６ｂ）の周囲を樹脂製の筐体１３が囲んでいるパワーカード１０に対して有効である。樹脂製の筐体１３は金属製の放熱板１６ａ、１６ｂよりも熱伝導率が低く、放熱板１６ａと比較して高温になり難いからである。なお、図９の例では、第２グリス９ｂは、積層方向からみたときに、放熱板１６ａ（１６ｂ）の外形の内側に沿って第１グリス９ａを囲んでいる。このほか、第２グリス９ｂは、積層方向からみたときに、放熱板１６ａ（１６ｂ）の外形の外側に沿って第１グリス９ａを囲んでいてもよい。積層方向からみたときの放熱板１６ａ（１６ｂ）の外周は、第１グリス９ａに覆われていてもよいし、第２グリス９ｂで覆われていてもよい。

（第４実施例）第４実施例の半導体装置を説明する。第４実施例の半導体装置では、放熱板が、パワーカード１１０の筐体表面から突出している。図１０に、第４実施例の半導体装置におけるパワーカード１１０の正面図を示す。図１１は、第４実施例の半導体装置２ａの断面図である。図１１におけるパワーカード１１０の断面は、図１０のＢＢ線に沿った断面に相当する。

第１グリス９ａと第２グリス９ｂが塗布されている領域は、第３実施例と同じである。即ち、第１グリス９ａは、パワーカード１１０と絶縁板６の積層方向から見て、トランジスタＴａ及びダイオードＤａ（トランジスタＴｂ及びダイオードＤｂ）と重なる領域に塗布されている。別言すれば、第１グリス９ａは、放熱板２６ａ（２６ｂ）の上に塗布されている。第１グリス９ａよりも粘度が低い第２グリス９ｂは、積層方向からみて、放熱板２６ａ（２６ｂ）の外形に沿って、第１グリス９ａを囲うように塗布されている。本実施例では、放熱板２７の側のグリスの分布については説明を省略するが放熱板２６ａと同様である。

図１１に示されているように、放熱板２６ａ、２６ｂ、２７は、樹脂製の筐体１３の表面から突出している。以下、放熱板２６ａについて説明するが、放熱板２６ｂ、２７についても同様である。符号Ｗ１が、筐体表面からの放熱板２６ａの突出量を示している。放熱板２６ａが筐体表面から突出しているので、放熱板２６ａと絶縁板６の間の隙間幅Ｗ２は、筐体表面と絶縁板６の間の隙間幅Ｗ３よりも小さくなる。隙間幅Ｗ２は、放熱板２６ａと絶縁板６との間のグリスの厚みに相当する。また、隙間幅Ｗ３は、筐体表面と絶縁板６との間のグリスの厚みに相当する。この実施例では、隙間幅がＷ３の領域は、概ね、粘度の低い第２グリスが塗布されている領域である。この実施例では、放熱板２６ａと絶縁板６との間の隙間幅Ｗ２を所定の値まで狭める際、筐体表面と絶縁板６との間の隙間幅Ｗ３は隙間幅Ｗ２よりも大きくてよい。従って、実施例３の場合と比較して、隙間幅Ｗ２を所定の値まで狭めるのに要する荷重を小さくすることができる。放熱板２７の側でも同様である。

放熱板の筐体からの突出量（図の符号Ｗ１が示す厚み）は１００−３００ミクロン程度が好ましい。放熱板と絶縁板の間のグリスの厚み（図の符号Ｗ２が示す厚み）は、１００ミクロン以下が好ましい。

（第５実施例）第５実施例の半導体装置を説明する。第５実施例の半導体装置では、放熱板の表面が、パワーカード２１０の筐体表面に対して窪んでいる。図１２に、第５実施例の半導体装置におけるパワーカード２１０の正面図を示す。図１３は、第５実施例の半導体装置２ｂの断面図である。図１３におけるパワーカード２１０の断面は、図１２のＣＣ線に沿った断面に相当する。

第１グリス９ａと第２グリス９ｂが塗布されている領域は、第３実施例と同じである。即ち、第１グリス９ａは、パワーカード２１０と絶縁板６の積層方向から見て、トランジスタＴａ及びダイオードＤａ（トランジスタＴｂ及びダイオードＤｂ）と重なる領域に塗布されている。別言すれば、第１グリス９ａは、放熱板３６ａ（３６ｂ）の上に塗布されている。第１グリス９ａよりも粘度が低い第２グリス９ｂは、積層方向からみて、放熱板３６ａ（３６ｂ）の外形に沿って、第１グリス９ａを囲うように塗布されている。本実施例では、放熱板３７の側のグリスの分布について説明を省略するが、放熱板３６ａと同様である。

以下、放熱板３６ａについて説明するが、放熱板３６ｂ、３７についても同様である。図１３に示されているように、放熱板３６ａの表面は、放熱板３６ａの周囲における筐体１３の表面に対して窪んでいる。符号Ｗ４が、筐体１３の表面に対する放熱板２６ａの表面の窪みの深さを示している。放熱板２６ａの表面の窪みの深さＷ４は、概ね１００ミクロン程度が好ましい。放熱板３６ａの表面と絶縁板６との間の隙間幅Ｗ５は、概ね２００ミクロン以下が好ましい。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図では、理解を助けるため、グリスの層の厚み、放熱板の厚み、放熱板の突出量、放熱板の窪み深さ、などを強調して描いることに留意されたい。

実施例では、パワーカードの両面にて、粘度の異なる２種類のグリスを用いた。パワーカードのいずれか一方の表面においてだけ、粘度の異なる２種類のグリスを用いてもよい。トランジスタＴａ、Ｔｂは、エミッタ電極よりもコレクタ電極の方が発熱量が大きいので、コレクタ電極が向いている側のパワーカードの表面にて粘度の異なる２種類のグリスを用いるのがよい。

放熱板をその周囲の筐体表面から突出させることは、放熱板の表面とその周囲の筐体表面が面一であってその筐体表面に放熱板を囲む溝を設ける場合とは、効果が顕著に相違する。溝を設けた場合、積層方向から見てリング状の溝の外側に厚みの薄いグリスの層が続く。熱膨張したグリスは溝の外側の厚みの薄い層へと拡がり、そこでは放熱板上と同様にブリードアウトが生じ易い。溝の外側でブリードアウトが生じると収縮時に溝に戻るグリスの量が減少する。その結果、収縮時に放熱板の中心へとグリスを押し戻す効果が減少する。これに対して実施例の半導体装置では、厚みの大きい層は、積層方向からみてグリスの層の全体の縁まで続いているので、上記した溝の場合のブリードアウト生じない。

図３と図４に示したように、冷却器３の内部は単純な空洞である。冷却器の内部空間には、絶縁板と接する側板の裏面に接するフィンを設けてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、２ａ、２ｂ：半導体装置
３：冷却器
６：絶縁板（冷却部材）
７ａ、７ｂ、７ｃ：電極端子
９ａ：第１グリス
９ｂ：第２グリス
１０ａ、１０ｂ：平坦面
１０、１１０、２１０：パワーカード
１３：筐体
１４：スペーサ
１５：ハンダ
１６ａ、１６ｂ、１７、２６ａ、２６ｂ、２７、３６ａ、３６ｂ、３７：放熱板
２９：制御端子
３１：ケース
３２：板バネ
Ｄａ、Ｄｂ：ダイオード（半導体素子）
Ｔａ、Ｔｂ：トランジスタ（半導体素子）

Claims (6)

1. 半導体素子を封止したパワーカードが冷却部材に接しているとともに前記パワーカードと前記冷却部材の積層方向に荷重が加えられている半導体装置であり、
   前記パワーカードと前記冷却部材の間であって積層方向からみたときに前記半導体素子と重なる領域に第１グリスが塗布されているとともに前記第１グリスを囲むように前記第１グリスよりも粘度が低い第２グリスが塗布されている、
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記パワーカードは、一方の面が当該パワーカードの前記冷却部材と対向する表面に露出しているとともに他方の面が当該パワーカードの筐体内で前記半導体素子と導通している放熱板を備えており、
   前記第１グリスは前記放熱板に塗布されており、前記第２グリスは前記積層方向からみたときに前記放熱板の外形に沿って前記第１グリスを囲むように塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記放熱板が、前記パワーカードの筐体表面から突出していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記放熱板の表面が、前記パワーカードの筐体表面に対して窪んでいることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記冷却部材は、一方の面が前記第１及び第２グリスを挟んで前記パワーカードに面しており他方の面が前記第２グリスを挟んで冷却器に接している絶縁板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 積層方向からみたときに、第１グリスが塗布された領域の図心と第２グリスが塗布された領域の図心が一致していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。